Способ выплавки высокомарганцовистой стали

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве высокомарганцовистой стали. Способ включает переплав в качестве шихтовых материалов низкосортного марганецсодержащего отвального лома в количестве 35-75 мас.% совместно с собственным возвратным ломом из высокомарганцовистой стали в электродуговой печи постоянного тока. Осуществляют послойную загрузку в печь шихтовых материалов и плавикового шпата в определенной последовательности. При расплавлении шихтовых материалов в электродуговой печи поддерживают максимальный электрический режим, не допуская кипения ванны. При использовании изобретения обеспечивается экономия марганца за счет утилизации отвалов низкосортного марганецсодержащего лома.

 

Изобретение относит к области металлургии сталей и сплавов и может быть использовано при производстве высокомарганцовистой стали.

Известны способы производства высокомарганцовистой стали типа 110Г13Л в дуговых электропечах: под основным шлаком окислительным процессом; под основным шлаком с применением кислорода, под основным шлаком методом сплавления и др. [1].

Известный способ материалоемкий, требует большого расхода ферромарганца, специальных технологических приемов по раскислению металла и других операций, увеличивающих энергозатраты.

Известен способ выплавки стали типа 110Г13Л методом переплава отходов в электродуговых печах с количеством отходов в шихте до 100% [2]. Недостатком способа является то, что в шихте используется только собственный возврат лома этой марки стали (прибыли, литники и т.п., очищенные от шлака),- а также чистый плотный амортизационный лом этой марки стали (зубья землеройных машин, стрелочные переводы, траки и др.), что сужает производственные возможности производства такой стали. Из-за опасности недостижения требуемых механических свойств стали 110Г13Л практически не используется низкосортный лом этой марки стали (скрапины, выплески, зашлакованные линзы и пр.), который скопился в отвалах металлургических производств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки высокомарганцовистой стали [3] методом переплава в дуговых печах с основной футеровкой, включающий завалку металлошихты и шлакообразующих, их расплавление, корректировку состава, раскисление, выпуск стали. В качестве металлошихты используются отходы производства или возврат деталей из высокомарганцовистой стали, углеродистый нелегированный лом, ферросплавы.

В настоящей заявке на способ выплавки высокомарганцовистой стали поставлена задача - разработать технологию производства высокомарганцовистой стали с утилизацией низкосортного марганецсодержащего отвального лома стали типа 110Г13Л с достижением требуемых механических свойств металла, а также снижение энергозатрат и затрат на легирование стали марганцем.

Поставленная задача по достижению технического результата и сущность предлагаемого способа выражаются тем, что, используя известные элементы технологических приемов, включающих загрузку в электродуговую печь постоянного тока в качестве шихтовых материалов собственного возвратного лома из высокомарганцовистой стали, расплавление шихтовых материалов, контроль содержания марганца в жидком металле с доведением содержания марганца в нем до требуемой величины, получение жидкоподвижного шлака, отличаеся тем, что совместно с собственным возвратным ломом из высокомарганцовистой стали в электродуговую печь постоянного тока в качестве шихтовых материалов загружают низкосортный марганецсодержащий отвальный лом этой же марки стали при следующем соотношении мас.%: 35-75 - низкосортный марганецсодержащий отвальный лом, остальное - собственный возвратный лом из высокомарганцовистой стали, а также плавиковый шпат в количестве 1,0-1,5% от массы шихтовых материалов, при этом осуществляют послойную загрузку шихтовых материалов и плавикого шпата в следующей последовательности: 1/2 часть собственного возвратного лома, вся навеска низкосортного отвального лома, плавиковый шпат, 1/2 часть собственного возвратного лома, причем при расплавлении шихтовых материалов в электродуговой печи поддерживают максимальный электрический режим, не допуская кипения ванны металла.

Для расплавления материалов используется свойство короткой дуги печи постоянного тока, и процесс ведется на максимальном электрическом режиме, который сглаживает геометрическую и засорную неоднородность низкосортного марганецсодержащего лома.

Необходимыми элементами способа является недопущение кипения ванны металла, контроль содержания марганца в конце расплавления с доведением содержания марганца в металле до требуемых величин 11,5 -14,5%, после чего металл выпускают.

Нейтрализация шлакового засора низкосортного марганецсодержащего лома с получением более жидкоподвижного шлакового расплава осуществляется присадкой в завалку плавикового шпата в количестве 1,0-1,5% от массы металлошихты.

Доля низкосортного марганецсодержащего лома в количестве 75% общего объема загрузки определена опытным путем как максимальная, при которой удается достигать (при выдерживании других указанных параметров) необходимых литейных и механических свойств стали 110Г13Л. Дальнейшее ее увеличение приводит к появлению трещин в отливках и выпадам по пределам прочности и текучести стали. Минимальная доля низкосортного лома - 35% определяется экономическими факторами. При меньшем объеме его загрузки экономия марганца и соответственно снижение себестоимости выплавки стали не проявляются в значимых величинах.

Предлагаемая схема загрузки материалов оптимально обеспечивает динамику плавления лома в начале плавки и в конце расплавления. В первоначальный период происходит плавное расплавление относительно однородной шихты. На образованном расплаве происходит оплавление низкосортного лома, благодаря чему снижается вероятность повышенного газонасыщения металла от расплавления этого лома. Наличие на подине возвратного, более однородного лома обуславливает наиболее прогнозируемый характер конца плавления шихты с точки зрения содержания марганца в расплаве, которое контролируется для доведения его до уровня 11,5-14,5%.

В процессе плавки исключают период кипения ванны, который в условиях применения низкосортного лома провоцирует повышенный угар марганца и приводит к удлинению плавки.

Все обозначенные технические параметры отработаны в условиях использования электродуговой печи постоянного тока, которая имеет благоприятную специфику по расположению электродов, характеру горения дуги, возможностям теплопередачи - в слое шихты и расплавленного металла. Положительный стабильный технический результат заявляемого способа был достигнут после перевода электродуговой печи с переменного на постоянный ток.

Пример выполнения

В ОАО «Курганмашзавод» в дуговой электропечи постоянного тока ДППТ - 5АГ номинальной емкостью 5 т с основной футеровкой выплавляли сплав 110Г13Л.

Шихта состояла:

- Собственный возвратный лом стали 110Г13Л ˜30%.

- Низкосортный марганецсодержащий лом стали 110Г13Л из отвала ˜70%.

Общий вес металлической сатки 5,4 т.

Регламент загрузки шихты в печь был следующим:

- 1/2 лом (около 0,8 т) собственного возвратного лома - на подину;

- полная навеска (3,8 т) низкосортного марганецсодержащего лома стали 110Г13Л из отвала;

- поверх данного лома рассыпан дробленый плавиковый шпат в количестве 60 кг (1,12% от веса металлошихты);

- оставшаяся часть (около 0,8 т) собственного возвратного лома стали 110Г13Л.

После выравнивания шихты в печи (для удобства зажигания дуги) печь включена на 10 минут на второй (пониженной) ступени напряжения (для старта), после чего перешли на первую (максимальную) ступень, на которой работали до полного расплавления шихты, после чего краткосрочно перед выпуском вновь использовали вторую ступень трансформатора. Время работы на максимальном режиме составило 86% длительности работы печи под нагрузкой.

В конце периода расплавления с периодичностью в 15 минут были взяты пробы металла, в которых определяли марганец и углерод.

Их содержание составило, %:

Проба 1	Проба 2
Mn - 12,8 С - 1,14	Mn - 12,4 С - 1,12

В этот же период велось визуальное наблюдение за состоянием ванны с целью контроля за возможным самопроизвольным началом кипения ванны. После получения результатов второй пробы (кипение отсутствовало) задали необходимые раскислители и после контроля металла на пробе Бартона металл выпустили из печи. Общая продолжительность плавки составила 150 минут.

Бартона металл выпустили из печи. Общая продолжительность плавки составила 150 минут.

Соответствующие пробы выплавленной стали, в т.ч. в изделиях, были подвергнуты стандартным испытаниям. Результаты соответствуют требуемым и приведены ниже:

Показатель	Значение
Предел прочности на растяжение, кг/мм2	72,2
Предел текучести, кг/мм2	43,1
Относительное удлинение, %	26,5
Относительное сужение, %	29,7
Микроструктура, балл	3
Твердость	187НВ

5/750/10

Таким образом, примененные технологические параметры дают положительный результат. Предлагаемый способ применим в промышленных условиях при производстве стали типа 110Г13Л с экономией марганца за счет утилизации отвалов низкосортного марганецсодержащего лома.

Источники информации

1. Литая высокомарганцовистая сталь. Власов В.И., Комолова Е.Ф., М.: Машгиз, 1963, с.93-104.

2. Высокомарганцевая сталь. Давыдов Н.Г., М.: Металлургия, 1979, с.58-59.

3. SU 1315481 A1, кл. C21C 5/52, 17.06.1987, колонка 3-4 описания изобретения.

Способ выплавки высокомарганцовистой стали, включающий загрузку в электродуговую печь постоянного тока в качестве шихтовых материалов собственного возвратного лома из высокомарганцовистой стали, расплавление шихтовых материалов, контроль содержания марганца в жидком металле с доведением содержания марганца в нем до требуемой величины, получение жидкоподвижного шлака, отличающийся тем, что совместно с собственным возвратным ломом из высокомарганцовистой стали в электродуговую печь постоянного тока в качестве шихтовых материалов загружают низкосортный марганецсодержащий отвальный лом этой же марки стали при следующем соотношении, мас.%: 35-75 - низкосортный марганецсодержащий отвальный лом, остальное - собственный возвратный лом из высокомарганцовистой стали, а также плавиковый шпат в количестве 1,0-1,5% от массы шихтовых материалов, при этом осуществляют послойную загрузку шихтовых материалов и плавикового шпата в следующей последовательности: 1/2 часть собственного возвратного лома, вся навеска низкосортного отвального лома, плавиковый шпат, 1/2 часть собственного возвратного лома, причем при расплавлении шихтовых материалов в электродуговой печи поддерживают максимальный электрический режим, не допуская кипения ванны металла.